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Zeichen- und Tastaturcodes

ASCII-Code

Der "American Standard Code for Information Interchange" ist eine in der Computerwelt sehr weit verbreitete Zuordnungstabelle für die Darstellung von Buchstaben, Ziffern und Sonderzeichen. Ursprünglich waren pro Zeichen 7 Bits vorgesehen, mittlerweile haben sich 8 Bits, also ein Byte durchgesetzt. Die folgende Tabelle zeigt einen kleinen Ausschnitt aus der ASCII-Tabelle:

Zeichen und Zeichenketten werden üblicherweise im ASCII-Code abgespeichert.

Scancode

Mit dem Scancode werden den Tasten der PC-Tastatur eindeutige Nummern zugeordnet. Damit ist es auch möglich, Tasten, wie die Cursortasten, denen kein druckbares Zeichen entspricht, zu identifizieren. Bei Scancodes wird nicht zwischen Groß- und Kleinbuchstaben unterschieden, da beide mit derselben Taste erreicht werden.

Im Laufe der PC-Entwicklungsgeschichte wurden unterschiedliche Tastaturen mit einer unterschiedlichen Anzahl und Bedeutung von Tasten herausgebracht. Gerade bei den Funktions- und Spezialtasten gibt es daher auch unterschiedliche Scancodes. Da PC-Tastaturen nur wenig mehr als 100 Tasten besitzen, genügen 7 Bits, um den Scancode darzustellen.

Make- und Breakcodes

Programme müssen nicht nur feststellen können, welche der "normalen" Tasten gedrückt wurden, sondern auch, ob gleichzeitig die Shift-(Umschalt-)Taste, die Control-(Steuerungs-)-Taste oder die ALT-Taste festgehalten wurden. Daher sendet die Tastatur statt eines einfachen Scancodes einen oder mehrere sogenannte Makecodes für jedes Drücken und einen oder mehrere Breakcodes für jedes Loslassen einer Taste. Wenn eine Taste länger als eine bestimmte Zeitspanne festgehalten wird, werden darüber hinaus zusätzliche Makecodes gesendet, durch die die Wiederholungsfunktion realisiert wird. Bei den meisten Tasten entspricht der Makecode dem Scancode und der Breakcode dem Scancode mit gesetztem 7. Bit. Einige Tasten erzeugen jedoch aus historischen Gründen schon beim einmaligen Drücken und Loslassen mehrere Make- und Breakcodes. Der Tastaturtreiber (ab der 3. Aufgabe des Übungssystems Keyboard::prologue()) muss aus den Make- und Breakcodes der gedrückten Tasten die gewünschten Zeichen ermitteln.

Anmerkung: Da die Interpretation der Make- und Breakcodes ziemlich mühsam, langweilig und wenig lehrreich ist, haben wir euch die Dekodierung abgenommen. Es kann allerdings sein, dass diese Funktion bei eurer Tastatur nicht alle Zeichen, insbesondere die deutschen Umlaute, korrekt erkennt. In diesem Fall müsst ihr entweder mit ein paar falschen Zeichen leben oder die Tabellen der Dekodierfunktion entsprechend anpassen.

Ablauf beim Drücken einer Taste

Wenn bei einer PC-Tastatur eine Taste gedrückt wird, werden zwei sich kreuzende Leitungen der Scan-Matrix innerhalb der Tastatur verbunden. Der Tastaturprozessor (8042 für PC/XT-, 8048 für AT- und MF II-Tastaturen) ermittelt die Position der gedrückten Taste und daraus den Scancode. Über eine serielle Schnittstelle wird der Code zum Motherboard des PCs gesendet.

Auf dem Motherboard des PCs befindet sich ein Tastaturcontroller, der auf der einen Seite mit der Tastatur über einen Eingabeport und einen Ausgabeport (Kommandos an die Tastatur) kommuniziert. Auf der anderen Seite hat der Controller Register, die mit Hilfe von in- und out-Befehlen über den Systembus gelesen und beschrieben werden können.

Immer wenn ein Byte vom Tastaturcontroller in seinen Ausgabepuffer geschrieben wird, signalisiert er das durch Setzen einer Interruptanforderung. Der Prozessor muss darauf reagieren, indem er das angekommene Byte aus dem Ausgabepuffer ausliest. Im Statusregister wird dann vermerkt, dass der Ausgabepuffer wieder leer ist. Erst jetzt können neue Zeichen von der Tastatur entgegengenommen werden. Wenn die Tastatur im Pollingbetrieb benutzt wird, kann durch Bit 0 überprüft werden, ob sich tatsächlich ein Zeichen im Ausgabepuffer des Tastaturcontrollers befindet. In die Gegenrichtung muss immer gewartet werden, bis der Eingabepuffer des Tastaturcontrollers leer ist (Bit 1 gelöscht), bevor ein neues Zeichen geschrieben wird.

Bei PS/2-PCs ist die Maus ebenfalls an den Tastaturcontroller angeschlossen. Dadurch landen im Ausgabepuffer sowohl Codes von der Tastatur als auch von der Maus. Damit die Quelle des Bytes unterschieden werden, steht im Statusregister das Bit 5 (AUXB) zur Verfügung (1 = Maus, 0 = Tastatur).

Tastatur konfigurieren

Die Tastatur kann durch das Schicken von Befehlscodes an den Eingabepuffer konfiguriert werden. Insgesamt werden etwa 20 Befehle unterstützt, von denen wir aber nur zwei verwenden: Einen zum Ansteuern der LEDs und einen zum Einstellen von Wiederholungsrate und Verzögerung. Beide erwarten nach dem Befehlsbyte ein zusätzliches Datenbyte.

Bevor ein Byte an die Tastatur geschickt wird, sollte man sicherstellen, dass der Eingabepuffer leer ist (inpb). Danach wird das Byte (Befehlscode oder Nutzdaten) an den Datenport geschrieben. Anschließend sollte man eine Antwort des Tastaturcontrollers abwarten (outb) und prüfen, ob im Ausgabepuffer das Bestätigungsbyte 0xfa (ACK) enthalten ist. Erst dann darf der Tastaturcode weiterlaufen. Beachtet, dass nach jedem Byte ein ACK zurückkommt – also eins nach Senden des Befehlscodes, und ein weiteres nach Senden der Nutzdaten.

Die folgende Tabelle zeigt den Aufbau des Steuerbytes von set_led zum Setzen der Tastatur-LEDs. MSB bedeutet hierbei most significant bit (entspricht also 0x80 in Hexadezimal-Darstellung), LSB least significant bit (also 0x01).

Weiterführende Informationen und Referenzen

• Messmer, Hans Peter: PC-Hardwarebuch - Aufbau, Funktionsweise, Programmierung. Addison-Wesley 1994
• The AT keyboard controller